厦门大学Science文章：令人惊奇的基因组

　　

生物通报道  甲藻（dinoflagellate）并不快乐。在好的时候，这些微小的海洋生物自由漂浮生活在海洋中，或是与珊瑚（corals）共生，成为一大群软体动物、小鱼和珊瑚物种的午餐。其中的一些甲藻能够生物发光，因此会在夜里发光。但在不好的时候，甲藻会用赤潮毒害贝类养殖区，抛弃珊瑚礁让其缓慢地白化死亡（延伸阅读：PNAS讲述新故事：古老的凋亡）。

现在越来越多的时候，处于不好的状况。为了找到答案，由来自厦门大学、康涅狄格大学、华大基因等处的研究人员组成的一个研究小组，第一次测序了甲藻物种S. kawagutii的完整基因组。研究结果发布在11月6日的《科学》（Science）杂志上。

研究的领导者林森杰（Senjie Lin）说：“这一物种是珊瑚礁必不可少的内共生生物。”内共生生物是一种生活在另一生物体内的生命形式。林森杰说，S. kawagutii对珊瑚而言必不可少，珊瑚依赖甲藻的光合作用作为糖类及营养化合物的来源。没有甲藻，珊瑚会白化，无法生长，通常死亡。但这种关系似乎对于S. kawagutii来说并非必不可少，尽管在营养物贫乏的海洋生态环境中，珊瑚宿主的代谢废物提供了丰富的营养物质供应。

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研究人员怀疑，当条件不符合它们的喜好时，甲藻可以脱逃，将自身变为不能渗透的小孢囊，等待适合于再度移居珊瑚的时机。这一易变性或许可以解释有关S. kawagutii的另一个谜题：它具有对共生生物而言极大的基因组。通常，内共生生物以及与甲藻亲缘关系密切的寄生虫如疟原虫都依赖于宿主的细胞机器，缺乏独立生存生物拥有的许多基因。为什么S. kawagutii会有如此多的基因呢？

林森杰说：“这是我们不明白的一个谜题。”

林森杰和同事们分析了S. kawagutii的完整基因组，将之与相关生物的遗传密码进行了比较。研究人员发现了一些令人惊讶的事情。例如，他们发现了一些与有性生殖有关的基因。像其他的甲藻一样，S. kawagutii通常是无性生殖。一个甲藻简单一分为二。但是当甲藻变为孢囊时，它们优先有性生殖，与其他甲藻混合它们的遗传物质，或许是希望其中的一些后代将获得更适合压力环境的性状。以往从未在其他甲藻中发现性相关基因。研究结果表明S. kawagutii确实是在不好的时候与珊瑚生活在一起。

研究人员还发现，S. kawagutii具有一个基因调控系统，看起来它可以调控珊瑚中的某些基因——换句话说，甲藻或可操控宿主的遗传表达来使环境令自己感到更舒服。

林森杰说，他们发现的遗传证据有力表明了，S. kawagutii在共生历史过程中改变了它的遗传构成，以更好地适应生活在特定宿主体内，应对气候改变和污染施加的压力。认识它的基因组将有望帮助研究人员更好地了解其他的甲藻。有很多的物种在海洋生态系统中发挥许多不同的作用。

当赤潮时贝壳类动物吃下甲藻，生成的毒素会在贝壳类动物体内聚集，随后毒害更大的动物，造成巨大的经济损害和公共卫生问题，这在全球已变得越来越常见。林森杰的研究小组希望，下一次测序一种沿长岛北岸导致赤潮的甲藻的基因组。最终，他希望能够解释甲藻进化的机制以及环境条件是如何影响它们奇怪的生活方式的。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The Symbiodinium kawagutii genome illuminates dinoflagellate gene expression and coral symbiosis

Dinoflagellates are important components of marine ecosystems and essential coral symbionts, yet little is known about their genomes. We report here on the analysis of a high-quality assembly from the 1180-megabase genome of Symbiodinium kawagutii. We annotated protein-coding genes and identified Symbiodinium-specific gene families. No whole-genome duplication was observed, but instead we found active (retro)transposition and gene family expansion, especially in processes important for successful symbiosis with corals. We also documented genes potentially governing sexual reproduction and cyst formation, novel promoter elements, and a microRNA system potentially regulating gene expression in both symbiont and coral. We found biochemical complementarity between genomes of S. kawagutii and the anthozoan Acropora, indicative of host-symbiont coevolution, providing a resource for studying the molecular basis and evolution of coral symbiosis.